Kohle
Der Begriff Kohle bezeichnet ein bräunlich-schwarzes Gestein, das durch physikalisch-chemische Prozesse (Inkohlung) aus organischen Materialien (Biomasse) entsteht. Wie der Name vermuten lässt, besteht der Rohstoff zu großen Teilen aus Kohlenstoff und Kohlenstoffverbindungen. Kohle gilt als fossiler Brennstoff und zählt bis heute neben Erdöl und Erdgas zu den am weitesten verbreiteten Energieträgern. Aus Kohle wird in Kohlekraftwerken Strom und Wärme gewonnen.
Inhaltsverzeichnis
Entstehung von Kohle
Braunkohle
Steinkohle
Förderung von Kohle
Umweltaspekte und Problematik
Entstehung von Kohle
Die Entstehung von Kohle hat einige Parallelen zu der von Erdöl und Erdgas. Die Grundbausteine für die Entstehung von Kohle sind abgestorbene Pflanzenreste und Bäume, also biologisches Material. Pflanzen binden durch Photosynthese Kohlendioxid aus der Luft und wandeln es in organische Verbindungen um. In sumpfigen Regionen der Erde versinkt diese Biomasse zeitnah im Morast. Der Entzug von Sauerstoff verhindert einen natürlichen, aeroben Zersetzungsprozess, wodurch nach einiger Zeit Torf entsteht. Torf ist eine Art Humus, der aus abgestorbenen, konservierten Pflanzenresten bei einem sauren pH-Wert unter Wasser entsteht.
Bei einer Absenkung der oberen Gesteinsschichten der Erdkruste über einen Zeitraum von Millionen von Jahren kann aus Torf Kohle entstehen. Die abgestorbenen Pflanzenreste werden sukzessive mit Sedimenten überlagert und durch die steigende Masse abgesenkt. Je tiefer diese Sedimentschichten in Richtung Erdkern versenkt werden, desto stärker steigen Temperatur und Druck. Das setzt einen fortlaufenden physikalisch-chemischen Prozess in Gang: die Inkohlung. Dabei wird Wasser aus dem organischen Material gepresst und organische Verbindungen werden zusehends in Kohlenstoff umgewandelt.
So wird in mehreren Schritten aus dem Torf zuerst Braunkohle und anschließend Steinkohle und Anthrazit. Je länger die Prozesse wirken, desto besser ist die Qualität der Kohle. Die heute bekanntesten Braunkohlelagerstätten sind im Tertiär-Zeitalter entstanden und damit rund 3 bis 66 Millionen Jahre alt. Steinkohlelagerstätten sind deutlich älter, mehrere hundert Millionen Jahre sind keine Seltenheit.
Braunkohle und Steinkohle
Braunkohle
Braunkohle ist im Vergleich zu Steinkohle von geringerer Qualität. Optisch ist sie bräunlich-schwarz, faserig und hat einen hohen Wasseranteil. Dieser liegt bei etwa 50 Prozent. Der Heizwert von Braunkohle ist zudem deutlich niedriger als bei Steinkohle. Im Vergleich liegt er bei etwa einem Drittel. Da Braunkohle in Lagerstätten recht oberflächennah auftritt, ist sie leicht zugänglich und im Tagebau förderbar. Braunkohle wird vorwiegend als Brennstoff für die Erzeugung von Strom verwendet. Die größten Vorkommen (Reviere) Deutschlands sind das Rheinische Revier, das Mitteldeutsche Revier und das Lausitzer Revier. Die stoffliche Zusammensetzung von Kohle fällt immer unterschiedlich aus. Sie hängt davon ab, zu welcher prähistorischen Zeit ein Vorkommen entstanden ist. Dementsprechend ändern sich die Verhältnisse, in denen verschiedene Stoffe in der Kohle vorkommen.
Verwendung
Historisch betrachtet hat sich die Verwendung von Braunkohle deutlich gewandelt. Bis in die 90er Jahre wurde Braunkohle noch als Brennstoff in Form von Holzkohle und Briketts flächendeckend für das Heizen von Privathaushalten genutzt. Da Erdöl und Erdgas allerdings deutlich effektivere Heizmittel sind, ist die Verbreitung von Braunkohle nach und nach zurückgegangen. Mittlerweile wird der Großteil der gesamten Braunkohle zur Stromerzeugung genutzt. Sie hat damit noch heute einen beträchtlichen Anteil an der Stromerzeugung in Deutschland.
Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die chemische Veredelung von Braunkohle. Aus ihr lassen sich auch Stoffe wie Kohlenstaub, Kohlenkoks und Wachs gewinnen, die in verschiedenen anderen Industriezweigen Anwendung finden. Braunkohlenkoks wird beispielsweise für die Aufbereitung von Wasser verwendet.
Steinkohle
Steinkohle beschreibt alle qualitativ höherwertigen Kohlen. Der Abbau von Steinkohle erfolgt im Bergbau, also unter Tage. Das größte Steinkohlevorkommen Deutschlands befindet sich im Ruhrgebiet. Die chemische Zusammensetzung von Steinkohle hat eine andere Balance als Braunkohle. Sie enthält wesentlich weniger Wasser und deutlich mehr Kohlenstoff. Das erhöht ihren Heizwert deutlich. Das Alter der Steinkohle bestimmt deren Kohlenstoffgehalt, weshalb verschiedene Arten von Steinkohle unterschieden werden. Dazu zählen beispielsweise Fettkohle (88%), Magerkohle (90%) Anthrazitkohle (92%).
Verwendung
Steinkohle hat eine lange Tradition in vielen verschiedenen Industriezweigen. Auch sie wird zu etwa einem Drittel zur Stromproduktion genutzt, findet aber auch breite Anwendung in der chemischen Industrie und der Metallindustrie. Auch Steinkohle kann veredelt werden. Am häufigsten ist die Erzeugung von Koks durch die Kohleentgasung. Koks wird in vielen Industriezweigen für den Hochofenprozess benötigt, während ein Nebenprodukt, der Kohleteer, in der chemischen Industrie beispielsweise für die Kunststoffproduktion verwendet wird. Teerpech – ein weiteres Nebenprodukt bei der Steinkohleveredelung, wird im Straßenbau als Asphalt benutzt.
Tagebau
Tagebaue bezeichnen oberflächennahe Standorte, die zur Gewinnung von Bodenschätzen dienen. Diese werden in den meisten Fällen abgebaggert oder herausgesprengt. Dabei kommen verschiedene Tagebaugeräte wie beispielsweise Schaufelradbagger zum Einsatz. In deutschen Revieren wird Braunkohle lediglich im Tagebau gefördert.
Untertagebau
Steinkohle wird aufgrund seiner tiefen Lage im Gestein in den meisten Fällen unter Tage gefördert. Dabei werden unterirdische Hohlräume angelegt, um Rohstoffe in tiefer liegenden Lagerstätten zu gewinnen. Die Erschließung von förderbaren Vorkommen erfolgt im Stollenbau oder über Schächte, je nach Tiefe und oberflächlicher Beschaffenheit der Förderstätte. Stollenbau wird meist im Gebirge betrieben, wobei die Stollen leicht waagerecht in die Oberfläche geschlagen werden. Beim Schachtbau werden zuerst Schächte in die Nähe der Lagerstätte geführt, um anschließend von diesen sogenannte Hauptstrecken und Querschläge anzulegen.
Mountaintop removal Mining
Das Mountaintop removal Mining stellt eine Sonderform der Kohleförderung dar. Bei dem Prozess werden Bergkuppen zunächst abgesprengt, um anschließend Rohstoffe im Tagebau zu fördern. Diese, recht seltene Vorgehensweise wird ausschließlich in den amerikanischen Appalachen praktiziert.
Landschaftsveränderungen
Bei der Förderung in Tagebauen werden erhebliche Landflächen abgetragen, was in hohem Maße vorhandenen Ökosystemen schadet. Darüber hinaus ist die Erschließung und Ausweitung von Revieren mit Umsiedlungsmaßnahmen verbunden, was nicht selten zu gesellschaftlichen Spannungen führt. Im Zuge des Landflächenabtrags muss auch der Grundwasserspiegel abgesenkt werden, um vorhandene Kohlevorkommen förderbar zu machen. Auch dieser Prozess kann sich negativ auf Ökosysteme, insbesondere die Fauna, auswirken.
Chemische Verunreinigungen
Die Förderung von Steinkohle in Bergwerken ist verbunden mit der Freisetzung von Quecksilber und anderen Schwermetallen. Diese stellen ein Gesundheitsrisiko für Anwohner:innen und Umwelt dar.
CO2-Freisetzung
Die wohl größten Probleme bei der Nutzung von Kohle entstehen bei dessen Verbrennung. Der Kohlenstoff, gebunden in der Kohle, wir dann zu Kohlendioxid und entweicht als Gas in die Atmosphäre. Der steigende Kohlendioxidgehalt verhindert die Wärmeabstrahlung von der Erdoberfläche, was zum anthropogenen Treibhauseffekt führt und damit die globale Erwärmung beschleunigt. Neben Kohlendioxid werden auch andere Schadstoffe und Gase wie Feinstaub und Schwefeldioxid emittiert. Moderne Kraftwerke verfügen zwar über entsprechende Filteranlagen, allerdings werden hohe Umweltstandards weltweit eher selten umgesetzt. Abgesehen von der globalen Erwärmung und den Folgen des Klimawandels hat eine hohe Schadstoff- und Feinstaubbelastung (Smog) vor allem in städtischen Ballungsgebieten deutliche Auswirkungen auf die Gesundheit der Menschen.
